强油风冷变压器冷却器控制回路故障分析及优化

钟著辉，陈雯钰，郑权国，刘 星，李 冬，李智琦

（国网常德供电公司，湖南 常德 415000）

0 引言

油浸式变压器的冷却方式有强油风冷、强油水冷、油浸风冷、油浸自冷等。以往220 kV变压器的冷却方式通常为强油风冷。随着技术、工艺和材料的进步，近年来新投运的变压器大多采用油浸自冷或风冷的冷却方式，但仍有大量的强油风冷变压器在运。强油风冷变压器正常运行时需保证有一定数量的冷却器在工作或备用状态，随负荷和油温变化自动增减投运的冷却器数量，当冷却器全停时，不能进行油循环，变压器油温快速升高。当前各变电站都是无人值守，变压器工况由远方监控。强油风冷变压器大多投运年限长，其冷却器电路一般采用常规继电器控制，由于控制元件、电动机、油泵等的老化，故障数量逐年增多。监控人员可能会误判、漏判某些不常见故障，例如备用冷却器不启动、故障时不发信等［1-3］。本文结合某冷却器全停故障，对强油风冷冷却器各部分电路进行分析，指出电路中的不足，并提出改进措施。

1 冷却器控制电路原理简析

典型的冷却器控制电路包括电源切换电路、各组冷却器起动控制电路、信号电路、冷却器全停跳闸电路等。

1.1 电源切换电路

电源切换电路如图1所示。冷却器由两路电源供电，1KM和2KM分别为两路电源的主接触器，1QZ—3QZ为空气开关。1KA、2KA为电源监视继电器，KE为缺相监视继电器。当电源切换开关SA置左45o位置，选择第1路电源工作、第2路电源备用，缺相监视继电器KE监视第1路电源。1KD为冷却器自投控制继电器，受变压器三侧位置控制，投入后不励磁。2KD为KE的重动继电器。若第1路、第2路电源都有电，第1路电源经SA的[13]-[14]，2KD常闭接点，1KA常开接点，2KM常闭接点，1KD常闭接点起动1KM，输出第1路电源。当第1路电源无电或缺相时，1KA不励磁或2KD励磁都会使1KM回路断开。此时第2路电源经SA的[17]-[18]，1KA常闭接点或2KD常开接点，2KA常开接点，1KM常闭接点，1KD常闭接点起动2KM，电源切换到第2路供电。若第1路电源恢复正常，电源又自动切换到第1路供电。当SA选择第2路电源供电时，情况类似［4-5］。

图1 电源切换电路

1.2 冷却器起动控制电路

每组冷却器有工作、辅助、备用和停止4种模式。以第1组冷却器为例进行说明。每组冷却器有1台油泵和2～4台风扇电动机，如图2所示。1KBM、1KFM分别为起动潜油泵、风扇电动机的接触器，1FB、1FF1和1FFn为电动机热电偶，1KJ为油流继电器，油泵起动后动作。当S1A置于工作模式时，接点⑤-⑥、⑦-⑧接通，1KBM、1KFM动作，冷却器的潜油泵和风扇电动机开始运行，由于1KBM的常开接点串联在1KFM回路中，只有潜油泵起动后，风扇才能起动。当S1A置于辅助模式时，S1A接点①-②、③-④接通，通过油温和变压器负荷电流进行起停控制，当油温高于55℃或者电流继电器KL达到定值时，4KA动作，辅助冷却器起动，当油温降到45℃以下，4KA返回，辅助冷却器停止运行［6］。

图2中1HL为本组冷却器运行指示灯，当1KBM、1KFM和1KJ都动作时点亮。若处于工作或辅助模式的冷却器出现故障，例如1FB或1FF1动作，或者1KJ不动作，2KT经S1A的⑦-⑧或③-④，1KJ常闭接点或1KBM常闭接点或1KFM常闭接点起动，2KT动作后延时起动5KT。5KT为备用冷却器起动继电器，假设第3组冷却器置于备用工作状态，S3A 接点[13]-[14]、[15]-[16]接通，备用冷却器的 3KBM、3KFM经5KA起动。若备用冷却器故障，起动失败，则 3KT 经 S3A 的[15]-[16]、[13]-[14]起动，发出备用冷却器起动故障信号。

图2 冷却器起动控制电路

1.3 冷却器全停及信号电路

冷却器全停及信号电路如图3所示。当两路电源都消失时，1KM和2KM均不励磁，其一组常闭接点串联发全停信号，另一组常闭接点起动K2T和K1T，K2T延时60 min跳闸，K1T延时20 min和超温75℃接点串联后跳闸。

图3 冷却器全停及信号电路

当1KA或2KA不励磁时，发电源故障信号。当工作电源缺相时，2KD励磁发电源缺相信号。当5KA动作时，发备用冷却器投入信号。当3KT动作时，发备用冷却器投入故障信号。

2 冷却器全停故障案例分析

某供电公司集控站人员在监盘时发现某220 kV变电站2号主变压器油温异常，升高到了75℃，未收到冷却器全停和其他异常信号。监控人员立即转移负荷，安排人员去现场检查，发现主变压器三侧断路器在合闸位置，主变压器油温确已异常升高，冷却器两路交流电源正常，但全部冷却器停止工作，各运行灯不亮，现场也无冷却器全停信号。该主变压器共有4组冷却器，其中1号、3号设置在工作模式，2号设置在辅助模式，4号设置在备用模式。运维人员立即退出全停跳闸压板，手动将4号冷却器切换到工作模式，4号冷却器起动运转正常，主变压器油温开始下降。

随后，检修人员对冷却器故障进行排查。正常情况下，当任一组处于运行状态的冷却器发生故障时，应起动备用冷却器，并发出备用冷却器投入信号。当备用冷却器故障不能自动起动时，应发出备用冷却器投入故障信号。本次故障现场和监控无任何信号，监控只是通过对油温的监视发现了主变压器温度异常。经检查发现，潜油泵电动机的热电偶1FB动作导致该主变压器1号、3号冷却器停运。2号冷却器由油温或负荷控制起动，检查发现其潜油泵仍在运行，但风扇电动机的热电偶动作使风扇停转。由于2号冷却器的潜油泵仍在运行，维持了部分油流循环，散热作用仍在，才使得主变压器免于过热损坏。

4号备用冷却器不能自动投入的原因是时间继电器2KT损坏，5KA不能动作，备用冷却器不能起动，同时3KT也不能经5KA起动，故不能发出备用冷却器投入故障信号。

3 冷却器控制电路缺陷分析

3.1 电源切换回路缺陷

图1中电源缺相监视继电器KE由SA进行切换选择，只能监视工作电源。当工作电源故障，回路自动切换到备用电源运行时，若备用电源的B相和C相缺相，油泵、风扇电动机会因缺相运行而烧坏，同时也不能发出缺相故障信号。

3.2 信号监视回路缺陷

上述案例中冷却器电路在信号监视方面存在明显缺陷。一是冷却器全停和跳闸信号仅在两路电源全失去的情况下才能发出，而当电源正常，控制电路元件故障引起冷却器全停时不能发出信号。二是每组冷却器无独立的监视信号，运行中的冷却器发生故障时，只能靠备用冷却器投入信号来判断，而当备用冷却器投入回路元件故障时，该信号无法发出。

4 冷却器控制电路优化

4.1 电源切换电路的优化

优化后的电源切换电路如图4所示。把原第1路和第2路电源监视继电器1KA和2KA更换为三相监视继电器，经1QK和2QK分别接到两路主电源上。当三相电源正常且相序正确时，1KA或2KA励磁，1KA和2KA的常闭接点发电源正常信号。取消原经SA切换后的工作电源缺相监视继电器KE及其重动继电器2KD。该优化方案不但简化了电路，而且使两路电源在任何工况下均能得到监视，提高了可靠性。

图4 电源切换电路改进

4.2 信号电路的优化

优化后的信号电路如图5所示。原每组冷却器正常起动后有就地指示灯显示，但无远方信号。在每组冷却器的运行灯回路并接1HLJ至NHLJ继电器，并将其常开接点引出，作为每组冷却器运行信号。把全部冷却器的HLJ常闭接点串联后引出，作为另一类冷却器全停故障输出，该输出只发信号不跳闸，原冷却器全停信号改为冷却器电源全停。该优化方案解决了当两路电源正常但实际全部冷却器停运时，无信号发出的问题。

图5 信号电路改进

5 结语

按上述方案改造后的冷却器控制回路现场运行情况良好，解决了内部元件故障导致的异常工况漏监问题，提高了可靠性，为强油风冷变压器冷却器控制电路改进提供了借鉴。